CN102387601B - 自适应分布式协作接入方法和节点装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应分布式协作接入方法和节点装置，其中方法包括：发方节点判断协作表是否过时；当所述未过时时，从所述协作表中选择R_sh和R_hd等级最高的两个节点作为候选协作节点，并向所有公共邻节点和收方节点广播CRTS分组，其中，R_sh表示发方节点到协作节点的数据传输速率，R_hd表示协作节点到收方节点的数据传输速率；所述两个候选协作节点均正确接收所述CRTS分组后，竞争选出一个协作节点；所述发方节点向竞争胜出的所述协作节点发送数据分组；所述协作节点向收方节点转发所述数据分组。本发明充分考虑了数据传输速率对时延的影响，实现了对协作节点的有效选择，因此有利于提高吞吐量。

Description

自适应分布式协作接入方法和节点装置

技术领域

本发明涉及一种自适应分布式协作接入方法和节点装置，属于无线接入技术领域。

背景技术

协作接入方法或协作媒质接入控制(Medium Access Control，简称：MAC)方法是一种用于使多个节点或用户快速、高效、公平、可靠地共享信道资源的技术。与非协作系统相比，采用协作通信能获得明显的性能增益，利用协作分集在物理层提供的优势，采用协作的MAC方法可以更加合理地安排用户共享信道，提高网络性能。协作接入方法的好坏直接影响到网络吞吐量、时延等性能指标的优劣。

在无线通信中，多径衰落是影响通信质量的重要因素，传统的无线通信通常广泛采用分集技术来减小多径衰落的影响。所谓分集就是指为保证传输质量，发送端采取某种方式通过相互独立的衰落信道传送同一信号的多个副本，由于各路径的衰落相互独立，从而只要合理合并各路径的信号就能保证可靠通信。协作接入方法便是利用协作分集在物理层提供的优势合理地安排用户共享信道，从而提高网络性能。

按照协作的发起方式，协作接入方法可以分为如下三类：

类型一：发方节点发起后由多个协作节点竞争或指定协作节点

这种方式一般是由发方节点发送一个经过修改的请求发送(Request-to-Send，简称：RTS)分组来发起协作中继，例如协作请求发送(Cooperative RTS，简称CRTS)分组；CRTS分组中含有一个被选定的协作节点的地址，而则不用指定协作节点的地址。被选定的协作节点(针对指定协作节点的方法)或成功接收并解码CRTS分组的节点(针对多个协作节点竞争的方法)根据周边邻节点的通信状态以及自身信道条件来判断是否可以通过提供协作中继来提高传输性能(如提高数据传输速率、增加数据传输成功概率等)，如果可以则发送相应分组来确认协作，例如协作清除发送(Cooperative Clear-to-Send，简称CCTS)分组；如果不可以则让发方节点将数据分组直接发送给收方节点。

现有的协作MAC(Cooperative MAC，简称：CoopMAC)方法即采用这种发起方式。在该方式中，每个节点各自维护一个协作表，记录有可能作为协作节点的中间节点。协作表的建立与更新通过侦听信道中所有的分组发送来实现。满足条件的中间节点将被记录在发送节点的协作表中。其中，是源节点与协作节点之间的发送速率，是协作节点与目的节点之间的发送速率，是源节点与目的节点之间的发送速率。发方节点在发送数据分组之前，先检查自己的协作表，然后从中选择出一个可以使数据传输时间最短的协作节点(如果这样的节点有多个，则选择最新更新的那个节点)，并向其发送CRTS分组，被选定的协作节点再判断是否可以通过协作中继来提升传输性能，如果可以则发送协作中继(Helper-to-Send，简称：HTS)分组确认协作。

多速率无线自组织网络的协作MAC方法(也称作CODE方法)则采用发方节点法发起后另个协作节点竞争的方式来确定最终协作节点进行数据的中继发送。对于CODE方法如果有两个以上协作节点可用，发方节点选择两个最好的协作节点R1、R2，然后发送CRTS1分组，R1、R2收到CRTS1后各自产生新的CRTS；根据在协作表的优先级，假设R1质量更好，则R1产生CRTS2，R2产生CRTS3，CRTS2先于CRTS3发送，则R1胜出成为最终的协作节点。CoopMAC方法和CODE方法由源节点在所储存的协作表中事先选定协作节点，其中，由于有关协作节点的信息为源节点侦听以前的数据传输过程所获得的，因此为历史记录，一旦所选的协作节点不再满足能够缩短数据传输时间的条件，则放弃协作传输，由发方节点直接把数据分组传输给收方节点，所以，这一方法无法适应无线网络中信道状态和拓扑结构的动态变化。

类型二：收方节点发起后由多个协作节点竞争或指定协作节点

该方式是在收方节点发送RTS分组，收方节点回复CTS分组后，被指定的协作节点发送一个分组进行协作确认或者多个满足条件的协作节点开始竞争协作权。基于IEEE 802.11分布式协调功能(Distributed CoordinationFunction，简称：DCF)的协作MAC方法就是收方节点发起后多个协作节点竞争协作权的方式。在收方节点回复CTS分组后，协作节点可以根据收到的RTS分组和CTS分组估计出自己到发方节点和收方节点的数据传输速率和自己在未来一段时间内的忙闲状况，从而判断出自己能否提供协作。对于能够提供协作的节点发送一个协作指示(Helper-Indication，简称：HI)分组，通知发方节点和收方节点自己的协作意愿。然后所有的满足条件的协作节点根据自己协作性能好坏(即协作的传输速率情况，传输速率越高，协作性能越好)设置一个固定的退避时间，退避时间到后发送一个准备帮助(Ready-to-Help，简称：RTH)分组，成功收到RTH分组后，收方节点回复一个CTR分组，告知发方节点和协作节点开始进行数据传输。最后发方节点发送数据分组DATA，协作节点转发DATA分组。

该方法虽然可以根据信道的实时状况选择出比较好的协作节点，但是当协作节点较多时，会出现多个最佳的协作节点，因而RTH分组会发生碰撞，需要进行性再次的最佳协作节点选择，如果再次发生碰撞，收方节点就告知协作节点和发方节点不进行协作传输而是发送直接发送数据到收方节点。所以这种协作方法的效率不是很高，冲突分解做得不够完全。同时，采用哪个固定值退避的方法也会使得协作接入不够快速。中继速率自动调整的合作式(Cooperative Relay-Based Auto Rate，简称：CRBAR)MAC方法也是收方节点发起后指定协作节点或由多个协作节点竞争的方法。在此方法中所有可能的协作节点在每个微时隙开始时都以一定的概率p去进行竞争，虽然不同速率等级的节点具有不同的竞争概率，从一定程度上减小了竞争冲突发生的可能性，但在协作节点数目较多的情况下，使用此方法仍然没有从根本上解决这个问题，由不必要的冲突导致协作失败的可能性依然很大。

类型三：发方节点发完数据分组后由多个协作节点竞争

该方式是在发方节点向收方节点发送数据分组后，由收方节点反馈接收结果。如果接收失败，收方节点反馈的结果则意味着发起协作。坚持型中继载波侦听多址接入(Persistent Relay Carrier Sensing Multiple Access，简称：PRCSMA)方法即为这样一种采用自动重复请求(Automatic Repeat reQuest，简称：ARQ)机制的协作MAC方法。发方节点首先向收方节点发送数据分组，收方节点接收数据分组失败后，发送请求协作(Claim for Cooperation，简称：CFC)分组向周围节点反馈这一信息，所有满足条件的节点开始充当中继节点向收方节点发送数据分组，直至收方节点可以正确解码该分组。

该过程中，所有节点侦听传输过程并保留它所能解码的数据分组。这一方法有效地保证了目的节点接收到数据分组的正确率，不过，由于所有可能的节点都参与协作，没有考虑到数据传输速率的选择问题，因此，与其它协作接入方法相比，会有更大的传输时延。

综上所述，现有的协作接入方法没有充分考虑数据传输速率对时延的影响，存在各自的不足，特别是在协作节点的有效选择和接入转发数据上，因此影响了吞吐量的提高。

发明内容

本发明提供一种自适应分布式协作接入方法和节点装置，用以缩短传输时延，提高吞吐量。

本发明一方面提供一种自适应分布式协作接入方法，其中包括：

发方节点判断协作表是否过时；

当所述未过时时，从所述协作表中选择R_sh和R_hd等级最高的两个节点作为候选协作节点，并向所有公共邻节点和收方节点广播CRTS分组，其中，R_sh表示发方节点到协作节点的数据传输速率，R_hd表示协作节点到收方节点的数据传输速率；

所述两个候选协作节点均正确接收所述CRTS分组后，竞争选出一个协作节点；

所述发方节点向竞争胜出的所述协作节点发送数据分组；

所述协作节点向收方节点转发所述数据分组。

本发明另一方面提供一种自适应分布式协作接入节点装置，其中包括：

判断模块，用于判断协作表是否过时；

选择模块，用于当判断模块判断出所述协作表未过时时，从所述协作表中选择R_sh和R_hd等级最高的两个节点作为候选协作节点，其中，R_sh表示发方节点到协作节点的数据传输速率，R_hd表示协作节点到收方节点的数据传输速率；

广播模块，用于向所有公共邻节点和收方节点广播CRTS分组，使所述两个候选协作节点均正确接收所述CRTS分组后，竞争选出一个协作节点；

发送模块，用于通过竞争胜出的所述协作节点的转发，向收方节点发送数据分组。

本发明充分考虑了数据传输速率对时延的影响，实现了对协作节点的有效选择，因此有利于提高吞吐量。

附图说明

图1为本发明所述自适应分布式协作接入方法实施例一的流程图；

图2A～2C为本发明所述自适应分布式协作接入方法实施例一在不同情况下的分组时序示意图；

图3为本发明所述自适应分布式协作接入方法实施例二中方式一的流程图；

图4为本发明所述自适应分布式协作接入方法实施例二中方式一的分组时序示意图；

图5为本发明所述自适应分布式协作接入方法实施例二中方式二的流程图；

图6为本发明所述自适应分布式协作接入方法实施例二中方式二的分组时序示意图；

图7为本发明所述自适应分布式协作接入节点装置的结构示意图。

具体实施方式

首先说明本发明中将要用到的基本概念：

概念一：每个节点都有唯一的身份号(Identification，简称：ID)，并都配有一部半双工无线电台。

概念二：假定数据传输信道为对称信道，即收发双方S、D之间的链路是双向的且信道质量相同，即由S发向D的数据传输速率R_sd与由D发向S的数据传输速率R_ds相等。

概念三：定义分组间隔时间t_IP为两个分组之间通常的回应时间间隔(或最小可区分时间间隔)，即当发方发送某个分组给收方后，通常经过t_IP后收方会发回相应回应分组。t_IP＝t_p+t_RP+t_rt+t_o，其中，t_p为信号传播的时延，t_RP为分组的回应处理时间，t_rt为收发转换时间，t_o为其他可能的时间，该时间要比802.11中定义的短帧间间隔(SIFS)小一些。

概念四：现有技术中已经实现：节点可以通过接收到的邻节点发送分组的信息(如信噪比等)计算出它与邻节点之间满足一定误码率要求的可支持的最高数据传输速率，其中有关数据传输速率级别的介绍可参见后续补充说明中的第一项，此处不再赘述。

本发明中发方节点首先判断协作表中的信息是否过时，若未过时，选用实施例一所述方法直接基于协作表进行数据发送；若已过时，则选用实施例二所述方法进行基于测速的数据发送。

实施例一：基于协作表的数据发送方法

如图1所示，本实施例所述方法包括如下步骤：

步骤110，发方节点从协作表中记录的所有中继节点中选择R_sh和R_hd等级最高的两个节点作为候选协作节点，并向所有公共邻节点和收方节点广播CRTS分组。

其中，R_sh表示发方节点到协作节点的数据传输速率，R_hd表示协作节点到收方节点的数据传输速率。具体地，如图2A所示，当发方节点有数据要发送时，首先监听信道，如果信道空闲则再随机退避监听一段时间，期间若信道仍然空闲，则从它所维护的协作表中选定一个合适的发送数据分组的速率，具体选择方法可后续补充说明中的第三项，此处不再赘述；然后发方节点向收方节点和候选协作节点发送CRTS分组，其中，该分组中可以包含发方节点所选定的数据传输速率R_sh和R_hd的信息，并通知周围公共邻节点。

在本实施例中，协作表数据未过时，因此能够反映当前协作节点的状态。有关协作表的建立与更新方法可参见后续补充说明中的第一项，此处不再赘述。

步骤120，所述两个候选协作节点根据各自接收到的CRTS分组的信噪比分别计算准备协助(Ready to Help，简称：RTH)分组的接入时延

开在

期间内进行侦听，若在

期间侦听到有其他节点发送RTH分组，即信道非空闲，则执行步骤130，若在自己的期间信道空闲，则执行步骤140。

其中，所述接入时延

的大小为t_IP的整数倍，i＝1或2。

步骤130，退出竞争发送RTH分组的过程。

步骤140，根据所述协作表中记录的速率信息选择合适的速率，向收方节点发送RTH分组。

其中，所述RTH分组中携有带收方节点到协作节点、协作节点到发方节点满足一定误码率要求的可支持的最高数据传输速率的信息R_sh和R_hd。具体地，有关根据所述协作表中记录的速率信息选择合适的速率的内容可参见后续补充说明中的第二项，此处不再赘述。此后，该候选协作节点立即侦听信道。

步骤150，收方节点在首次收到RTH分组后立即向公共邻节点及所述发方节点发送CCTS分组。

其中，所述CCTS分组中携带有发送该RTH分组的公共邻节点(即为竞争胜出的协作节点)的ID、地址和该协作节点向收方节点发送RTH分组的速率信息，其它尚未发送RTH分组的公共邻节点侦听到有其他节点发送的RTH分组或CCTS分组则停止发送RTH分组。

在本步骤中，公共邻节点通过侦听各类分组，掌握信道状态信息，从而计算出自身到收发双方的数据传输速率大小，有关协作表更新的内容可参见后续补充说明中的第一项，此处不再赘述。

步骤160，所述发方节点成功收到CCTS分组后，以所选的合适的数据传输速率向竞争胜出的所述协作节点发送数据(DATA)分组，协作节点根据所选的合适的数据传输速率向收方节点转发所述数据分组。

所述发方节点成功收到CCTS分组后，表明成功发送RTH分组的候选协作节点竞争胜出成为协作节点。若收方节点能够成功解码数据分组，则回复确认(Acknowledgment，简称：ACK)分组给发方节点；否则，回复否认(Negative ACK，简称：NACK)分组，宣告未能正确接收数据分组。如果发方节点收到ACK分组，说明协作发送成功；如果发方节点收到NACK分组，说明协作发送失败，协作节点可以立即重发DATA分组，直到收方节点回复ACK分组。

在上述步骤120中，当候选协作节点竞争发送RTH分组时可能出现以下三种情况：

情况一：候选协作节点都不发送RTH分组

产生这种情况有三种可能的原因，一种是信道状态变动导致协作节点未成功接收到CRTS分组，第二种是自身的相关发送速率低于协作表中记录的发送速率，另外一种是协作节点自身出现故障而不能成功发送RTH分组。

如图2B所示，它们共同的解决方案是当所述发方节点在固定等待时延内未收到协作清除发送分组时，由发方节点从所述协作表中选择除已选择的所述两个候选协作节点以外的R_sh和R_hd等级最高的两个节点作为新的候选协作节点，并重发CRTS分组，。

情况二：两个候选协作节点只有一个发送RTH分组

产生这种情况的原因同情况一。解决方案是由收方节点在成功收到RTH分组后直接发送CCTS分组确定该节点为协作节点，而不再进行候选协作节点的竞争。

情况三：RTH分组发送冲突

产生这种情况的原因是候选协作节点状况，如速率、接收CRTS分组信噪比等，比较相近，导致RTH分组接入时延相同。

如图2C所示，解决方案是在收方节点侦听到RTH分组发生冲突后，向所述两个候选协作节点发送否认CCTS(Negative CCTS，简称：NCCTS)分组，使所述两个候选协作节点重新进行竞争。

设置k个微时隙(此处令k＝4，每个微时隙的大小都为t_IP)，冲突的候选节点各自随机选择到k个微时隙中的一个微时隙重发RTH分组，在发送前侦听信道，若听到其他节点发送的RTH分组，则退出竞争，回到空闲状态；若没听到其他节点发送的RTH分组，则在自己选择的相应微时隙开始时发送RTH分组。

收方节点在冲突后首次正确收到RTH分组后向周围广播CCTS分组，其中携带此次收到RTH分组的发送节点的地址和传输速率，该节点即为竞争胜出的协作节点。

本实施例所述自适应分布式协作接入方法属于一种快速协作媒质接入控制方法，该方法可由发方节点或收方节点指定发起协作，同时充分考虑了数据传输速率对时延的影响，在保证数据传输正确率的同时，缩短了传输时延。另外，不同速率的所有可能的协作节点在不同的时间段内竞争，相当于根据可支持的速率大小对这些可能的协作节点进行了分级，优先安排高速率中转的协作节点参与竞争，从而在一定程度上降低了冲突的可能性并选择出最佳的协作节点，提高了吞吐量。

实施例二：基于测速的数据发送方法

方式一：分级遍历确认方式

如图3及图4所示，包括如下步骤：

步骤201，发方节点与收方节点建立联系后，由发方节点向所有公共邻节点和收方节点发送协作测试RTS(Cooperative Test RTS，简称：CTRTS)分组；收方节点回复协作测试CTS(Cooperative Test CTS，简称：CTCTS)分组。

步骤202，所有协作表中R_sh、R_hd均处在第一级或第二级速率的m个公共邻节点侦听信道，若信道空闲，则在m个微时隙内按照所述公共邻节点自身编号的的顺序依次广播发送RRC_i分组。

其中，1≤i≤m，且为整数，RRC分组表示中继速率确认(Relay RateConfirm)分组。

步骤203，发方节点收到所有RRC分组后，根据接收到的RRC分组的发送速率和信噪比选择最优的公共邻节点作为胜出的协作节点，并向满足速率要求并成功发送RRC分组的所有公共邻节点和收方节点发送中继确认(Relay Confirm，简称：RC)分组。

其中，所述RC分组中包含胜出的协作节点的地址、编号和发送速率。具体地，可以选择所有公共邻节点中

的值最小的一个公共邻节点作为最优的公共邻节点。其中，假设满足速率要求并成功发送RRC分组的公共邻节点有n个，n≤s＜m，1≤i≤n。

步骤204，所述胜出的协作节点以被告知的发送速率向收方节点发送RTH分组，其余的公共邻节点退出竞争，回到空闲状态。

步骤205，所述收方节点收到RTH分组后，向所述发方节点发送CCTS分组，所述发方节点收到所述CCTS分组后，则向所述协作节点发送DATA分组。

步骤206，所述协作节点将所述DATA分组转发给所述收方节点。

若收方节点能够成功解码数据分组，则回复确认(Acknowledgment，简称：ACK)分组给发方节点；否则，回复否认(Negative ACK，简称：NACK)分组，宣告未能正确接收数据分组。如果发方节点收到ACK分组，说明协作发送成功；如果发方节点收到NACK分组，说明协作发送失败，协作节点立即重发DATA分组，直到收方节点回复ACK分组。

可选地，所述发方节点可也以根据接收到的RRC_i分组测量得到的新的R_sh、R_hd，对所述协作表进行更新，并根据更新后的协作表执行上述实施例一。

其中，有关协作表的更新方法可参见后续补充说明中的第一项，此处不再赘述。

方式二：分级优选确认方式

如图5及图6所示，包括如下步骤：

步骤211，发方节点为所有协作表中R_sh、R_hd均处在第一级或第二级速率的m个公共邻节点设置s个微时隙。

其中，s＜m。

步骤212，每个所述公共邻节点在所述s个微时隙内随机选择一个微时隙发送RRC分组。

若发送成功，则继续执行后续步骤213；若发送失败，则退回到空闲状态。其中，所述发送成功是指发方节点能够成功接收到某个公共邻节点发送的RRC分组，以更新协作表。

步骤213，发方节点收到所有RRC分组后，根据接收到的RRC分组的发送速率和信噪比选择最优的公共邻节点作为胜出的协作节点，并向满足速率要求并成功发送RRC分组的所有公共邻节点和收方节点发送中继确认(Relay Confirm，简称：RC)分组。

其中，所述RC分组中包含胜出的协作节点的地址、编号和发送速率。具体地，可以选择所有公共邻节点中

的值最小的一个公共邻节点作为最优的公共邻节点。其中，假设满足速率要求并成功发送RRC分组的公共邻节点有n个，n≤s＜m，1≤i≤n。

步骤214，所述胜出的协作节点以被告知的发送速率向收方节点发送RTH分组，其余的公共邻节点退出竞争，回到空闲状态。

步骤215，所述收方节点收到RTH分组后，向所述发方节点发送CCTS分组，所述发方节点收到所述CCTS分组后，则向所述协作节点发送DATA分组。

步骤216，所述协作节点将所述DATA分组转发给所述收方节点。

若收方节点能够成功解码数据分组，则回复确认(Acknowledgment，简称：ACK)分组给发方节点；否则，回复否认(Negative ACK，简称：NACK)分组，宣告未能正确接收数据分组。如果发方节点收到ACK分组，说明协作发送成功；如果发方节点收到NACK分组，说明协作发送失败，协作节点立即重发DATA分组，直到收方节点回复ACK分组。

本发明上述各实施例可以产生如下技术效果：

由于采用了协作的形式，由所有可提供协作的节点中协作传输速率最高的节点帮助转发数据分组。

此方法先由发方节点与收方节点建立联系，评估信道状态和已有协作表信息是否过时；若协作表信息未过时则采用协作表方法发送(即实施例一)，若已过时则先进行协作速率测试，测速结束若结果与原协作表信息变化不大，则重新采用协作表发送方法，若结果变化较大，则采用直接由发方节点选择协作节点(通过测速信息)的方法(即实施例二)。这样就避免了由于协作表信息过时而导致的数据发送失败，保证了数据传输的成功率。

其次，此方法还采用了多个候选协作节点竞争的方法。

实施例一中，先由满足协作要求的协作节点根据CRTS分组的传输速率和信噪比计算RTH分组接入时延，第一、二轮竞争即是候选协作节点按RTH分组接入时延长短先后回复RTH分组，首先回复的候选协作节点胜出，其余节点回到空闲状态；第三轮竞争即是第一轮胜出的候选协作节点采取802.11随机退避的方法进行竞争，首先回复RTH分组的胜出。若仍有多个候选协作节点胜出则继续进行随机退避，直到竞争出唯一的协作节点为止。

实施例二中，只需竞争一轮，即为候选协作节点按ID顺序先后回复RRC(即速率确认分组)给发方节点，由发方节点计算的传输速率最高的候选协作节点胜出，在整个协作发送过程中不会出现冲突。

这样，通过竞争胜出的协作节点快速进行协作传输，显著提高了协作发送速率和发送成功率，最大限度地保证了数据的高速率高效率传输，从而避免了信道资源的浪费。且第二种方法简单快速，可以有效提高数据传输速率，提高整个移动网络的吞吐量。

另外，由于选择协作节点时，在收发双方一跳范围内的节点通过CRTS、CCTS(或CTRTS、CTCTS)分组侦听信道状态，确定自己到收发双方的数据传输速率大小，不同速率的协作节点在不同的微时隙中发送RTH分组，然后再通过收方节点(或发方节点)反馈的信息判断是否可以提供协作以及由哪个可提供最高速率等级的协作节点提供协作，因此，所获得的速率信息是最新更新的实时信息，而不像现有一些协作接入实施例一样单纯通过协作表获得，因此，可以更有效地应对信道状态和拓扑结构的动态变化。

另外，本方法的实施例二中，最终的协作节点的确定是由发方节点在所有可能的协作节点在每一轮m个微时隙中发送RTH分组结束之后再发送RC分组确定的，在收方节点载波侦听范围内的节点都可以获知这一信息，因此，最终确定的协作节点发送数据分组时可能的冲突就得到了有效的避免。上述的协作节点选择机制可以快速选择出具有最高速率协作传输的最佳协作节点，从而提高了吞吐量。并且，在每轮m个微时隙中，这些可能的协作节点不需要侦听彼此的信息，这样节省了这段时间内节点用于侦听的那部分能量开销。

综上所述，本协作接入方法可以在保证数据传输正确率的同时能以最高的速率快速地进行协作传输，加快了数据传输速率，缩短时延并提高吞吐量，同时节省了一定的能量开销，理论上相对现有的协作接入方法有较大的优势。

补充说明：

说明一：数据传输速率的级别和协作表

当两个节点之间可支持的数据传输速率最大时，该速率的级别为第一级，记作R_G1。随着可支持的数据传输速率的减小，速率的级别依次为第二级(R_G2)、第三级(R_G3)、......、第n级(R_Gn)。

发方节点为每个相邻中继节点H_i维护表1所示的发方节点协作表。所述RRC分组中记录有由CTRTC分组的发送速率和接收信噪比而确定的收方到协作节点的速率，因此，每一轮数据传输过程结束之前，发方节点都将从中继节点H_i回复的RRC分组中获知此轮数据传输过程中发方节点到协作节点的数据传输速率R_sh和协作节点到收方节点的数据传输速率R_hd的等级R_Gshi和R_Ghdi，并将其记录到协作表中的相应位置。每接收到一次RRC分组，发方节点就将相应接收节点对应的R_sh和R_hd的等级更新一次。

表1

中继节点地址

H1

H2

……

Hi

……

Hk

Rsh

RGsh1

RGsh2

……

RGshi

……

RGshk

Rhd

RGhd1

RGhd2

……

RGhdi

……

RGhdk

说明二：发方节点通过协作表自适应的选择发送速率的方法

当发方节点第一次向中继节点H_i发送数据分组时，首先以所在标准下的最高数据传输速率(R_G1)发送数据分组。在以后再向H_i发送数据分组时，查看发方节点协作表中所记录的信息，自适应地调整发送数据分组的速率。根据R_sh和R_hd的级别R_Gshi、R_Ghdi的不同，存在如下三种情况：

情况1：如果R_Gshi比R_Ghdi低或R_Gshi和R_Ghdi相等，则发方节点将发送数据分组的速率调整为比R_Gshi高一级的速率或所在标准下的最高数据传输速率。

情况2：如果R_Gshi比R_Ghdi只高一级，则发方节点下一次发送数据分组的速率等级保持不变，仍为R_Gshi。

情况3：如果R_Gshi比R_Ghdi高两级或两级以上，则发方节点将发送数据分组的速率调整为比R_Gshi低一级的速率。

说明三：节点成为可能的协作节点需要满足的条件

条件一：在发方节点和收方节点的通信范围内

条件二：能正确解码发方节点发送的数据分组

条件三：

(公式(1))，其中，R_sh和R_hd分别为发方节点到协作节点的数据传输速率和协作节点到收方节点的数据传输速率，R_sd为收发双方之间可支持的最高数据传输速率。

说明四：发方节点确定发送数据分组速率大小的方法：

当发方节点第一次向目的节点传输数据分组时，首先以所在标准下的最高数据传输速率(R_G1)发送DATA分组。在以后再向相应收方节点发送DATA分组时，根据协作表中的信息自适应地调整发送DATA分组的速率。比如，目前，

(空集，即无任何满足条件的协作节点)，

而

则考虑将下次数据传输速率定为第二级，因为，

中的协作节点提高性能的效果与

中的一样，都优于

中的。总之，发方节点始终本着能最大缩短数据传输时间的原则来确定数据传输速率的大小。

现以IEEE 802.11a和g标准为例(IEEE 802.11a和g标准的最高数据传输数率能达到54Mbps)进行列表说明，表2为IEEE 802.11a和g标准中所用的数据传输速率大小及数据传输速率级别。

表2

数据传输速率大小(Mbps)	数据传输速率级别
		54	RG1
22	RG2
		11	RG3
5.5	RG4
		2	RG5
1	RG6

如果收发双方之间可支持的最高数据传输速率为1Mbps，发方节点在前一次传输过程中先以54Mbps进行数据传输，则此过程中R_sh大小为54Mbps，若R_hd大小只为5.5Mbps，发方节点根据CCTS分组反馈的记录在表内的信息可以得知R_sh和R_hd的大小相差很大，这样选择的协作节点可能不是最优的，因此，下一次可以将发送DATA分组的速率降级，调整为22Mbps，如果这种情况下对应的R_hd为54或22或11Mbps，则均比原来有所提高。可以计算证明如下：

$\frac{1}{54}+\frac{1}{5.5}=0.200337>\frac{1}{22}+\frac{1}{54}=0.063973$ (满足公式(1))

$\frac{1}{54}+\frac{1}{5.5}=0.200337>\frac{1}{22}+\frac{1}{22}=0.090909$ (满足公式(1))

$\frac{1}{54}+\frac{1}{5.5}=0.200337>\frac{1}{22}+\frac{1}{11}=0.136364$ (满足公式(1))

所以，这种情况下，把发方节点发送数据分组的速率调整为22Mbps，显然能比原来缩短更多的数据传输时间。总之，发方节点将根据以往的信息自适应地调整发送DATA的速率，以使所选择的协作节点达到最优。

图7为本发明所述自适应分布式协作接入节点装置的结构示意图自适应分布式协作接入节点装置10，用以实现上述方法，其中包括：判断模块11、选择模块12、广播模块13和发送模块，其工作原理如下：

先由判断模块11判断协作表是否过时；当判断模块11判断出所述协作表未过时时，由选择模块12从所述协作表中选择R_sh和R_hd等级最高的两个节点作为候选协作节点，其中，R_sh表示发方节点到协作节点的数据传输速率，R_hd表示协作节点到收方节点的数据传输速率；然后由广播模块13向所有公共邻节点和收方节点广播CRTS分组，使所述两个候选协作节点均正确接收所述CRTS分组后，竞争选出一个协作节点；具体地竞选过程可以参见上述方法实施例，此处不再赘述。此后，由发送模块14通过竞争胜出的所述协作节点的转发，向收方节点发送数据分组。

本实施所述装置充分考虑了数据传输速率对时延的影响，实现了对协作节点的有效选择，因此有利于提高吞吐量。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种自适应分布式协作接入方法，其特征在于，包括：

发方节点判断协作表是否过时；

当所述协作表未过时时，从所述协作表中选择R_sh和R_hd等级最高的两个节点作为候选协作节点，并向所有公共邻节点和收方节点广播CRTS分组，其中，R_sh表示发方节点到协作节点的数据传输速率，R_hd表示协作节点到收方节点的数据传输速率；

所述两个候选协作节点均正确接收所述CRTS分组后，竞争选出一个协作节点；

所述发方节点向竞争胜出的所述协作节点发送数据分组；

所述协作节点向收方节点转发所述数据分组；

当所述协作表已过时时，所述发方节点向所有公共邻节点和收方节点发送CTRTS分组，所述收方节点回复CTCTS分组；所有协作表中R_sh、R_hd均处在第一级或第二级速率的m个公共邻节点侦听信道，若信道空闲，则在m个微时隙内按照所述公共邻节点自身编号的的顺序依次广播发送RRC_i分组，其中，1≤i≤m，且为整数；或者

当所述协作表已过时时，所述发方节点为所有协作表中R_sh、R_hd均处在第一级或第二级速率的m个公共邻节点设置s个微时隙，s<m；每个所述公共邻节点在所述s个微时隙内随机选择一个微时隙发送RRC分组。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个候选协作节点均

正确接收所述CRTS分组后，竞争选出一个协作节点包括：

所述两个候选协作节点根据各自接收到的CRTS分组的信噪比分别计算RTH分组的接入时延，并在该接入时延的期间内进行侦听；

若侦听到有其他节点发送RTH分组，则退出竞争；

若侦听到信道空闲，则根据所述协作表中记录的速率信息选择合适的速率，向收方节点发送RTH分组；

所述收方节点在首次收到RTH分组后立即向公共邻节点及所述发方节点发送CCTS分组；

所述发方节点成功收到所述CCTS分组后，表明成功发送RTH分组的候选协作节点竞争胜出成为所述协作节点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述发方节点向竞争胜出的所述协作节点发送数据分组包括：所述发方节点以所选的合适的数据传输速率向竞争胜出的所述协作节点发送数据分组；

所述协作节点向收方节点转发所述数据分组包括：所述协作节点根据所选的合适的数据传输速率向所述收方节点转发所述数据分组。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括：当所述发方节点在固定等待时延内未收到CCTS分组时，从所述协作表中选择除已选择的所述两个候选协作节点以外的R_sh和R_hd等级最高的两个节点作为新的候选协作节点，并重发CRTS分组。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述向收方节点发送RTH分组之后还包括：当所述收方节点侦听到所述RTH分组发生冲突后，向所述两个候选协作节点发送NCCTS分组，使所述两个候选协作节点重新进行竞争。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发送所述RRC_i分组或所

述RRC分组之后还包括：

所述发方节点收到所有RRC分组后，根据接收到的RRC分组的发送速率和信噪比选择最优的公共邻节点作为胜出的协作节点，并向满足速率要求并成功发送RRC分组的所有公共邻节点和收方节点发送RC分组，其中包含胜出的协作节点的地址、编号和发送速率；

所述胜出的协作节点以被告知的发送速率向收方节点发送RTH分组，其余的公共邻节点退出竞争，回到空闲状态；

所述收方节点收到RTH分组后，向所述发方节点发送CCTS分组，所述发方节点收到所述CCTS分组后，则向所述协作节点发送数据分组；

所述协作节点将所述数据分组转发给所述收方节点。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据接收到的RRC分组的发送速率和信噪比选择最优的公共邻节点作为胜出的协作节点包括：选择所有公共邻节点中

的值最小的一个公共邻节点作为最优的公共邻节点。

8.一种自适应分布式协作接入节点装置，其特征在于，包括：

判断模块，用于判断协作表是否过时；

选择模块，用于当判断模块判断出所述协作表未过时时，从所述协作表中选择R_sh和R_hd等级最高的两个节点作为候选协作节点，其中，R_sh表示发方节点到协作节点的数据传输速率，R_hd表示协作节点到收方节点的数据传输速率；

广播模块，用于向所有公共邻节点和收方节点广播CRTS分组，使所述两个候选协作节点均正确接收所述CRTS分组后，竞争选出一个协作节点；

发送模块，用于通过竞争胜出的所述协作节点的转发，向收方节点发送数据分组；

超时发送模块，用于当所述协作表已过时时，向所有公共邻节点和收方节点发送CTRTS分组，以使所述收方节点回复CTCTS分组；以及使所有协作表中R_sh、R_hd均处在第一级或第二级速率的m个公共邻节点侦听信道，若信道空闲，则在m个微时隙内按照所述公共邻节点自身编号的的顺序依次广播发送RRC_i分组，其中，1≤i≤m，且为整数；或者

超时设置模块，用于当所述协作表已过时时，为所有协作表中R_sh、R_hd均处在第一级或第二级速率的m个公共邻节点设置s个微时隙，s<m，以使每个所述公共邻节点在所述s个微时隙内随机选择一个微时隙发送RRC分组。

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